MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY.

Transkript

1 MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY fatihay@fatihay.net

2 GEÇEN HAFTA KIRILMANIN TEMELLERİ KIRILMA ÇEŞİTLERİ KIRILMA TOKLUĞU YORULMA S-N EĞRİSİ SÜRÜNME

3 GİRİŞ Basınç (atm) Katı Sıvı Buhar Sıcaklık ( C)

4 BÖLÜM 6 FAZ DİYAGRAMLARI TANIMLAR VE TEMEL KAVRAMLAR İKİLİ FAZ DİYAGRAMLARI FAZ DİYAGRAMLARININ YORUMLANMASI DEMİR-KARBON SİSTEMİ

5 ÖĞRENECEKLERİNİZ: Basit izomorfik ve ötektik faz diyagramlarını şematik olarak çizebilir, bu diyagramlarda muhtelif faz bölgelerini tanımlayabilir, fazları birbirinden ayıran sınırları belirleyebilirsiniz Bir ikili faz diyagramında kimyasal bileşimi ve sıcaklığı verilen bir alaşımın denge halinde olduğu varsayımıyla (a) yapısında hangi faz veya fazları bulundurduğunu, (b) bu fazların hangi kimyasal bileşime sahip olduğunu ve (c) fazların yapıda ağırlıkça hangi oranlarda bulunduğunu belirleyebilir

6 ÖĞRENECEKLERİNİZ: Bazı ikili faz diyagramlarında (a) Ötektik, ötektoid, peritektik ve diğer uyumlu faz dönüşümlerinin sıcaklık ve bileşimlerini belirleyebilir (b) Tüm bu dönüşümlerin ısıtma ve soğutma sırasındaki reaksiyonlarını yazabilir Ağırlıkça %0,022-2,14 karbon konsantrasyonu aralığında olmak üzere bileşimi verilen bir demir-karbon alaşımı için: (a) alaşımın ötektoidaltı veya ötektoidüstü olduğunu belirleyebilir (b) ötektoid öncesi fazı belirleyebilir (c) Ötektoid öncesi fazın ve perlitin yapıdaki ağırlık oranlarını hesaplayabilir (d) alaşımın ötektoid sıcaklığın hemen altındaki iç yapılarını şematik olarak çizebilir

7 TANIMLAR VE TEMEL KAVRAMLAR Bileşen: Alaşımı oluşturan saf metaller veya bileşikler Çözünen Çözen Şeker-Su karşımı Sistem: İncelenen malzemenin özel durumunu ifade etmek için kullanılır (Fe-C sistemi gibi) Katı çözelti: Çözünen atomun çözen atom içindeki kusurlara (boşluklara) yerleşmesi Arayer Yer alan Çözünürlük (çözünebilirlik) sınırı: Belirli sıcaklıklarda ulaşılan üst konsantrasyon sınırı

8 TANIMLAR VE TEMEL KAVRAMLAR Faz: Bir sistemin fiziksel ve kimyasal özellik gösteren her bir parçasıdır. Faz oluşumu için sadece bir tarafta değişim olması yeterlidir Su Buz Faz Faz Eğer bir madde aynı anda birden fazla polimorfik yapıda bulunabiliyorsa (YMK ve HMK gibi) faz oluşur Birden fazla faz içeren sistemler karışım veya heterojen sistemler olarak adlandırılır Fiziksel özellikleri farklı olduğu için

9 Mikroyapı: TANIMLAR VE TEMEL KAVRAMLAR

10 TANIMLAR VE TEMEL KAVRAMLAR

11 TANIMLAR VE TEMEL KAVRAMLAR

12 TANIMLAR VE TEMEL KAVRAMLAR Bir sistemin serbest enerjisi tanımlanan sıcaklık, basınç ve kimyasal bileşim için en düşük seviyede ise bu sistem dengededir. Faz dengesi bir sisteme ait faz özelliklerinin zamanla değişmediği durumdur. Özellikle katı sistemlerde denge haline ulaşma hızı çok yavaş olduğundan, tam denge haline ulaşılamaz ve bu tür sistemler dengesiz veya yarı-kararlı (meta stabil) halde bulunur. Çoğu kez yarı kararlı yapı, kararlı yapılara göre daha üstün özellikler gösterebilir. Örn. bazı çelik ve alüminyum alaşımları

13 BİR BİLEŞENLİ FAZ DİYAGRAMLARI Üç Dış Parametre - Sıcaklık - Basınç Üç parametrenin kombinasyonları - Kimyasal Bileşim Bir Bileşenli Faz Diyagramı Kimyasal Bileşim Sıcaklık vs. Basınç SABİT

14 BİR BİLEŞENLİ FAZ DİYAGRAMLARI Erime Noktası-Donma Noktası Kaynama Noktası-Erime Noktası Üçlü Nokta 6, ,16 Faz Sınırları Katı-Sıvı Dengesi

15 İKİLİ FAZ DİYAGRAMLARI İkili Faz Diyagramı Basınç (1 atm) Sıcaklık vs. Kimyasal Bileşim SABİT Alaşımların bulundukları sıcaklıklarda ve sahip oldukları kimyasal bileşimde iç yapılarında hangi fazları denge halinde bulundurduğunu, Fazların hangi oranda mikroyapıya dağıldığını, Fazların kimyasal bileşenlerini gösteren haritalardır. Mikroyapılar sıcaklığın değiştirilmesi sonucu gerçekleşen faz dönüşümleri neticesinde oluşur!!

16 İkili İzomorfik Sistemler: İKİLİ FAZ DİYAGRAMLARI

17 İKİLİ FAZ DİYAGRAMLARI İkili İzomorfik Sistemler: Katı ve sıvı fazda birbirleri içerisinde tam olarak çözünebilen sistemlere izomorfik sistemler adı verilir (Örn. Cu-Ni) Liküdüs Çizgisi Solidüs Çizgisi

18 FAZ DİYAGRAMLARININ YORUMLANMASI Sistemde Var Olan Fazlar: A (Katı) %60 Ni + %40 Cu 1100 B (Katı + Sıvı) %35 Ni + %65 Cu 1250

19 FAZ DİYAGRAMLARININ YORUMLANMASI Fazların Kimyasal Bileşimleri: Tek Faz için A (Katı) %60 Ni + %40 Cu 1100 A

20 FAZ DİYAGRAMLARININ YORUMLANMASI Fazların Kimyasal Bileşimleri: İki Faz için B (Katı + Sıvı) %35 Ni + %65 Cu 1250 Cs = %31,5 Ni Sıvı Cα = %42,5 Ni Katı

21 FAZ DİYAGRAMLARININ YORUMLANMASI Faz Oranları: Tek Faz için A (Katı) %100 Katı 1100 A

22 FAZ DİYAGRAMLARININ YORUMLANMASI Faz Oranları: Kaldıraç (Terazi) Kuralı İki Faz için B (Katı + Sıvı) Faz Oranı veya 42, ,5 31,5 0,68

23 FAZ DİYAGRAMLARININ YORUMLANMASI Faz Oranları: Kaldıraç (Terazi) Kuralı İki Faz için B (Katı + Sıvı) Faz Oranı veya 32 31,5 42,5 31,5 0,32

24 FAZ DİYAGRAMLARININ YORUMLANMASI Faz Oranları: Kaldıraç (Terazi) Kuralı

25 FAZ DİYAGRAMLARININ YORUMLANMASI Faz Oranları: Kaldıraç (Terazi) Kuralı

26 İZOMORFİK ALAŞIMLARDA MİKROYAPININ OLUŞMASI Dengeli Soğuma Hali: Soğumanın çok yavaş gerçekleştiği durumlarda

27 İZOMORFİK ALAŞIMLARDA MİKROYAPININ OLUŞMASI Dengesiz Soğuma Hali: Soğumanın çok hızlı gerçekleştiği durumlarda: Yayınma hızı katılarda sıvılara göre daha düşüktür. Sıcaklıktaki azalma ile birlikte yayınma hızı da azalmaktadır. Kaldıraç kuralına göre dengesiz soğumada, dengeli soğumaya göre daha fazla sıvı faz bulunmaktadır (Solidüs çizgisi sağa kaymıştır)

28 İZOMORFİK ALAŞIMLARDA MİKROYAPININ OLUŞMASI Dengesiz Soğuma Hali: Soğumanın çok hızlı gerçekleştiği durumlarda: Sıvı fazda yayınma yeterince hızlı gerçekleştiği için liküdüs çizgisinde bir değişme meydana gelmez. Normalde d noktasında katılaşmanın tamamlanmış olması gerekir. Ancak kararsız yapı nedeniyle hala bir miktar sıvı faz kalmıştır.

29 İZOMORFİK ALAŞIMLARDA MİKROYAPININ OLUŞMASI Dengesiz Soğuma Hali: Dengesiz durumdaki solidüs eğrisinin kararlı haldeki solidüs eğrisinden ayrılma miktarı soğma hızına bağlıdır Yavaş soğuma hızları açılmanın daha az, yüksek soğuma hızları ise ayrılmanın daha fazla olmasına neden olur Malzeme özelliğine bağlı olarak katı fazdaki yayınma hızındaki artış solidüs eğrilerindeki farklılaşmayı önlemektedir

30 İZOMORFİK ALAŞIMLARDA MİKROYAPININ OLUŞMASI Dengesiz Soğuma Hali: Elementlerin taneler içinde farklılıklar göstermesine segregasyon adı verilir Yüksek ergime sıcaklığına sahip malzeme ortada yoğunlaşır Düşük ergime sıcaklığına sahip malzeme tane sınırları ve çevrede yoğunlaşır Bu olaya çekirdeklenme adı verilir

31 İZOMORFİK SİSTEMLERİN MEKANİK DAYANIMI

32 İKİLİ ÖTEKTİK SİSTEMLER Tek fazlı bölgeler fazında çözünen gümüş fazında çözünen bakır Bakır içinde en fazla %8 gümüş çözünebilir Gümüş içinde en fazla %8,8 bakır çözünebilir İki fazlı bölgeler Bakır-Gümüş faz diyagramı Kaldıraç kuralı uygulanır

33 İKİLİ ÖTEKTİK SİSTEMLER Değişmez nokta Ö sıcaklığı Bu tür diyagramlar ötektik faz diyagramları olarak adlandırılır. Bakır-Gümüş faz diyagramı

34 İKİLİ ÖTEKTİK SİSTEMLER Ötektik bir sistemde ötektik sıcaklığa ait doğru üzerinde üç farklı faz (α, β, sıvı) denge durumunda bulunur Tek fazlı bölgeler birbirlerinden daima iki fazlı bölgeler ile ayrılırlar

35 İKİLİ ÖTEKTİK SİSTEMLER Lehimleme gibi endüstriyel uygulamalarda ötektik alaşımların düşük ergime sıcaklığına sahip olanları tercih edilir Kurşun-Kalay faz diyagramı

36 Kurşunsuz Lehim Alaşımları

37 ÖTEKTİK ALAŞIMLARDA MİKROYAPI OLUŞUMU bileşimine sahip kurşun-kalay alaşımının sıvı faz bölgesinden soğutulması sırasında elde edilen dengeli iç yapıların şematik görünümü

38 ÖTEKTİK ALAŞIMLARDA MİKROYAPI OLUŞUMU bileşimine sahip kurşun-kalay alaşımının sıvı faz bölgesinden soğutulması sırasında elde edilen dengeli iç yapıların şematik görünümü

39 ÖTEKTİK ALAŞIMLARDA MİKROYAPI OLUŞUMU Ötektik bileşimine sahip kurşun-kalay alaşımının ötektik sıcaklığın üstündeki ve altındaki dengeli iç yapılarının şematik görünümü

40 ÖTEKTİK ALAŞIMLARDA MİKROYAPI OLUŞUMU Ötektik reaksiyonlar oluşan α ve β katı fazlarının yapıda katmanlar halinde ve birbirini tekrar eder tarzda oluşması neticesinde meydana gelen lamelli yapı ötektik yapı olarak adlandırılır.

41 ÖTEKTİK ALAŞIMLARDA MİKROYAPI OLUŞUMU

42 bileşimine sahip kurşunkalay alaşımının sıvı faz bölgesinden soğutulması sırasında elde edilen değeli iç yapılarının şematik görünüşü

43

44 Kurşun-kalay alaşımındaki ötektik öncesi α ve ötektik mikroyapı bileşenlerinin yapıdaki bağıl oranlarının hesaplanması

45 Kurşun-kalay alaşımındaki ötektik öncesi α ve ötektik mikroyapı bileşenlerinin yapıdaki bağıl oranlarının hesaplanması : Ötektik mikroyapı elemanı : Sıvı faz bağıl ağırlık oranı

46 Kurşun-kalay alaşımındaki ötektik öncesi α ve ötektik mikroyapı bileşenlerinin yapıdaki bağıl oranlarının hesaplanması : Primer α fazının bağıl oranı

47 Kurşun-kalay alaşımındaki ötektik öncesi α ve ötektik mikroyapı bileşenlerinin yapıdaki bağıl oranlarının hesaplanması : Primer α ve ötektik α fazlarının toplam bağıl oranları

48 Kurşun-kalay alaşımındaki ötektik öncesi α ve ötektik mikroyapı bileşenlerinin yapıdaki bağıl oranlarının hesaplanması : β fazının bağıl oranı

49 ARA FAZLAR VEYA BİLEŞİKLER İÇEREN DENGE DİYAGRAMLARI

50 ARA FAZLAR VEYA BİLEŞİKLER İÇEREN DENGE DİYAGRAMLARI

51 7. DERSİN SONU